JP5981218B2 - 発破方法および発破システム - Google Patents

Description

本発明は、岩盤を掘削する発破方法に関し、特に、振動および騒音を低減する発破方法および発破システムに関する。

従来、トンネルの建設工事において、岩盤を掘削する発破方法が採用されている。発破起爆方法では、切羽面に穿った複数の掘削穴に、雷管を取り付けた爆薬を挿入し、雷管を爆破して岩盤を掘削する。このため、岩盤の爆破に伴って多大な騒音や振動が発生し、これらを如何に低減するかが発破方法における重要な課題となっている。

この点に関し、非特許文献１は、雷管を不定間隔で起爆させる発破工法を開示する。この発破工法では、基本周期に対してＭ系列に従った整数倍の時間間隔で雷管を起爆させることにより、発破によって生じる騒音や振動の低減を図っている。

また、特許文献１は、先行する雷管の起爆によって得られる騒音および振動データを用いて、後続の雷管の起爆を行う発破工法を開示する。この発破工法では、先行する雷管の起爆によって得られた測定データを解析して、騒音や振動を低減する起爆間隔を算出し、作業員が当該起爆間隔を発破装置に設定して後続の雷管の起爆を行うことにより、岩盤の性質や掘削溝等の現場の条件に応じて、発破作業によって生じる騒音や振動の低減を図っている。

内田秀延他 「Ｍ系列信号処理技術を用いた発破工法による低周波音制御について」 土木学会環境システム研究 Vol.18 1990年8月 124頁〜128貢 特許第３９５６２３７号公報

しかしながら、非特許文献１が開示する発破工法では、総ての周波数帯域において、岩盤の発破によって生じる振動波の音圧レベルを低減することができない。すなわち、この発破工法では、振動波の可聴周波数帯域の音圧レベルが、従来の工法によって生じる振動波の音圧レベルと同等であり、騒音が低減されないという問題があった。

また、特許文献１が開示する発破工法では、発破作業を行う現場において、作業員が発破設計ソフトを使用して、先行する起爆の測定データを解析し、その解析結果を用いて最適な起爆間隔を算出し、発破装置に設定し直さなければならず、作業現場での作業負荷が生じるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、発破作業現場における作業負荷を生じさせることなく、発破によって生じる騒音および振動を効果的に低減する発破方法および発破システムを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の雷管を起爆させる発破方法および発破システムを提供する。本発明の発破方法は、異なる複数の素数で与えられる起爆間隔で雷管を順次起爆させる。本発明では、先行する起爆によって生じる振動波と、後続の起爆によって生じる振動波が増幅をもたらす干渉を生じさせない間隔を起爆間隔として採用する。

本発明は、上記構成要件を採用することにより、発破作業現場における作業負荷を生じさせることなく、発破作業によって生じる騒音および振動を効果的に低減することができる。

本発明の発破システムを示す図。 本発明の発破方法が採用する起爆間隔の一実施形態を示す図。 本発明の発破方法が採用する起爆間隔の別の実施形態を示す図。 本発明の発破方法を示すフローチャート。 本発明の発破方法によって雷管を起爆させた場合に生じる振動波の特性と、一定間隔で雷管を起爆させた場合に生じる振動波の特性を示す図。 図５に示す振動波を高速フーリエ変換した解析結果を示す図。

以下、本発明について実施形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の発破システム１００を示す図である。発破システム１００は、発破装置１１０と、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎとを含んで構成される。発破装置１１０および雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎは、導電線１４０を介して接続され、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎは、導電線１４２を介して接続される。なお、ここで示す発破システム１００は、例として直列結線で表示しているが、結線方法には、並列、直並列結線など様々な実施形態がある。

発破装置１１０は、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎを起爆させる装置である。発破装置１１０は、発破指示部１１２と、電力供給部１１４とを含んで構成される。

発破指示部１１２は、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎの起爆を指示する手段である。発破指示部１１２は、電気回路で構成される電力供給部１１４を通電させ、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎに電力を供給する。本実施形態では、発破装置１１０が備える鍵穴に鍵を挿入し、安全スイッチを押下した状態で当該鍵を回転させることにより、電力供給部１１４を通電させる機構を発破指示部１１２として採用することができる。

電力供給部１１４は、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎに電力を供給する手段である。電力供給部１１４は、発破指示部１１２によって通電すると、導電線１４０を介して雷管１２０ａ〜１２０ｎに電気を供給して、雷管１２０ａ〜雷管１２０ｎを起爆させる。

雷管１２０ａ〜１２０ｎは、所定の起爆間隔で起爆する装置である。雷管１２０ａ〜１２０ｎは、起爆秒時を個別に指定することができ、雷管１２０ａ〜１２０ｎに取り付けられた爆薬１３０ａ〜１３０ｎを所定の起爆間隔で爆発させる。本発明の発破方法では、１ｍｓ程度の単位で起爆秒時を設定するため、電子遅延式電気雷管（ＥＤＤ）（登録商標）等の電気雷管を採用することが好適である。

雷管１２０ａ〜１２０ｎは、時間計測部１２２と、放電部１２４と、起爆薬および添装薬１２６とを含んで構成される。

時間計測部１２２は、時間を計測する機能手段である。時間計測部１２２は、発破装置１１０から電気が供給されると時間計測を開始し、予め設定された起爆秒時が経過すると、放電部１２４に起爆信号を送信する。本実施形態では、時間計測部１２２として１／１０００秒（１ｍｓ）単位の時間計測が可能な半導体集積回路を採用する。

放電部１２４は、発破装置１１０が供給する電気を用いて放電を行う手段である。放電部１２４は、時間計測部１２２から起爆信号を受信すると、雷管１２０ａ〜１２０ｎが内蔵するコンデンサ（図示せず）に充電された電気を放電し、起爆薬１２６を爆発させる。これにより、雷管１２０ａ〜１２０ｎに取り付けられた爆薬１３０ａ〜１３０ｎが爆発する。

図２および図３は、本発明の発破方法が採用する起爆間隔の実施形態を示す図である。本発明が採用する起爆間隔は、先行する起爆によって生じる振動波と、後続の起爆によって生じる振動波が増幅をもたらす干渉を生じさせない間隔であり、複数の素数に基づいて規定される。図２に示す表２００は、振動を低減する起爆間隔の一実施形態を示す表である。図３に示す表３００は、振動および騒音を低減する起爆間隔の一実施形態を示す表である。

本発明の発破方法では、表２００および表３００に示すように、複数の素数を利用した起爆間隔で雷管１２０ａ〜１２０ｎを順次起爆させる。例えば、表２００に示す実施形態では、まず初めに、段数１が示す掘削穴に挿入された雷管１２０ａ、すなわち、心抜き部に設置された雷管１２０ａを起爆させる。次いで、当該雷管１２０ａの起爆の３７ｍ秒後に、段数２が示す掘削穴に挿入された雷管１２０ｂを起爆させる。次に、当該雷管１２０ｂの起爆の８３ｍ秒後に、段数３が示す掘削穴に挿入された雷管１２０ｃを起爆させる。同様にして、掘削穴に挿入された総ての雷管を起爆させる。

図２および図３に示す実施形態では、表２００および表３００に示す素数を起爆間隔に利用するが、素数の採用方式は任意であり、岩盤の発破によって生じる振動波が増幅をもたらす干渉を生じさせない限り、任意の順序で任意の素数を使用することができる。例えば、表２００に示す起爆間隔を採用する実施形態では、段数１２毎に同一の起爆間隔を繰り返し利用するが、段数１２毎に同じ起爆間隔であっても、起爆間隔が大きく開くために雷管の起爆によって生じた振動波が充分に減衰している。このため、これらの起爆によって振動波が干渉することはない。

図４は、本発明の発破方法を示すフローチャートである。以下、図４を参照して、本発明の発破方法について説明する。

本発明の発破方法は、ステップＳ４００でユーザが、発破装置１１０の発破指示部１１２を操作することにより開始する。ステップＳ４０１では、発破装置１１０の電力供給部１１４が、雷管１２０ａ〜１２０ｎに電気を供給する。ステップＳ４０２では、雷管１２０ａ〜１２０ｎの時間計測部１２２が、それぞれ時間計測を開始する。ステップＳ４０３では、各時間計測部１２２が、所定の起爆秒時が経過したか否か判断する。

所定の起爆秒時が経過していない場合には（ｎｏ）、ステップＳ４０３の処理を反復する。一方、所定の起爆秒時が経過した場合には（ｙｅｓ）、ステップＳ４０４で時間計測部１２２が、放電部１２４に起爆信号を送信する。ステップＳ４０５では、放電部１２４が放電を行って起爆薬および添装薬１２６を爆発させることにより、爆薬１３０ａ〜１３０ｎを爆発させ、ステップＳ４０６で発破が終了する。

上述した実施形態では、先行する雷管が起爆してから、異なる複数の素数で与えられる起爆間隔が経過した後に、後続の雷管が起爆するため、先行する雷管の起爆によって生じる振動波と、後続の起爆によって生じる振動波が増幅をもたらす干渉を生じさせないことができ、振動波によって生じる騒音や振動を低減させることができる。

図５は、本発明の発破方法によって雷管を起爆させた場合に生じる振動波の特性と、一定間隔で雷管を起爆させた場合に生じる振動波の特性を示す図である。

波形図５００は、１回の発破によって生じる振動波を示す図であり、波形図５０２は、その詳細図である。波形図５０４は、一定間隔（１／３０ｍｓ＝３３Ｈｚ）で雷管の起爆を行う発破方法によって生じる振動波を示す図であり、波形図５０６は、その詳細図である。波形図５０８は、本発明の発破方法によって生じる振動波を示す図であり、波形図５１０は、その詳細図である。

一定間隔で雷管の起爆を行う発破方法では、個々の起爆によって生じる振動波が干渉するため、波形図５０４，５０６に示すように、時間の経過と共に振動波の加速度が増加する。一方、本発明の発破方法では、複数の素数を利用した起爆間隔で起爆を行うため、個々の起爆によって生じる振動波の干渉が増幅をもたらすことは無く、波形図５０８，５１０に示すように、一定間隔で起爆を行う発破方法に比べ、振動波の加速度を大幅に低減することができる。

図６は、図５に示す振動波を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した解析結果を示す図である。

波形６００は、波形図５００，５０２に示す１回の発破によって生じる振動波の波形である。波形６０２は、波形図５０４，５０６に示す一定間隔の起爆によって生じる振動波の波形である。波形６０４は、波形図５０８，５１０に示す本発明の発破方法によって生じる振動波の波形である。

図６に示すように、波形６０４は波形６０２と比べ、３３Ｈｚ（１／３０ｍｓ）のｎ倍の周波数における最大加速度が低減される。すなわち、本発明の発破方法は、可聴周波数帯域を含む広範囲の周波数における振動波の加速度を大幅に低減することができ、振動波による振動および騒音を効果的に低減することができる。

これまで本実施形態につき説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の構成要素を変更若しくは削除し、または本実施形態の構成要素を他の構成要素を追加するなど、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明は、山岳トンネル工事における岩盤掘削事業に利用することができる。特に、本発明は、振動や騒音の低減が厳しく求められる作業現場において、岩盤の発破を行うのに有用である。

１００…発破システム、１１０…発破装置、１１２…発破指示部、１１４…電力供給部、１２０ａ〜１２０ｎ…雷管、１２２…時間計測部、１２４…放電部、１２６…起爆薬および添装薬、１３０ａ〜１３０ｎ…爆薬、１４０…導電線、１４２…導電線

Claims (6)

1. 複数の雷管を起爆させる発破方法であって、前記発破方法は、
   異なる複数の素数で与えられる起爆間隔で雷管を順次起爆させることを特徴とする、発破方法。
2. 前記起爆間隔は、先行する起爆によって生じる振動波と、後続の起爆によって生じる振動波が増幅をもたらす干渉を生じさせない間隔であることを特徴とする、請求項１に記載の発破方法。
3. 前記発破方法は、岩盤掘削に利用されることを特徴とする、請求項１または２に記載の発破方法。
4. 複数の雷管と、前記複数の雷管を起爆させる発破装置とを含む発破システムであって、
   前記雷管は、異なる複数の素数で与えられる起爆間隔で順次起爆することを特徴とする、発破システム。
5. 前記起爆間隔は、先行する起爆によって生じる振動波と、後続の起爆によって生じる振動波が増幅をもたらす干渉を生じさせない間隔であることを特徴とする、請求項４に記載の発破システム。
6. 前記発破システムは、岩盤掘削に利用されることを特徴とする、請求項４または５に記載の発破システム。